EN
Các Nhãn Hiệu Tấm Thép Cacbon Chính Đảm Bảo Độ Bền Kết Cấu Đường Sắt
ASTM A572, EN S355JR và IS 2062 E350: Các tiêu chuẩn hiệu suất cho phương tiện vận chuyển và cơ sở hạ tầng đường ray
Các tấm thép carbon theo tiêu chuẩn ASTM A572 Grade 50, EN S355JR và IS 2062 E350 đã trở thành vật liệu tiêu chuẩn trong các công trình xây dựng đường sắt trên toàn thế giới vì chúng tạo ra sự cân bằng lý tưởng giữa độ bền, tính linh hoạt và khả năng hàn nối. Những loại thép này đều đáp ứng yêu cầu cơ bản về độ bền chảy tối thiểu từ 345-355 MPa, điều này có nghĩa là chúng duy trì hiệu suất tốt khi chịu các tác động như cầu bị rung lắc qua lại hàng triệu lần hoặc phải chịu lực kéo lớn từ các đoàn tàu vượt quá 200 kilonewton. Phiên bản EN S355JR nổi bật đặc biệt về khả năng chống gỉ và hư hại do thời tiết, một yếu tố rất quan trọng đối với các bộ phận đặt ngoài trời dọc theo đường ray. Các thử nghiệm cho thấy những bộ phận này mất đi ít hơn 0,1 milimét độ dày mỗi năm ngay cả trong điều kiện ẩm ướt, theo các nghiên cứu gần đây được đăng tải trên tạp chí Infrastructure Materials Review năm ngoái. Riêng đối với đường sắt Ấn Độ, mác thép IS 2062 E350 đã chứng minh được giá trị nhờ khả năng giãn dài mà không bị đứt, duy trì độ nguyên vẹn bất chấp sự thay đổi nhiệt độ từ những đêm lạnh giá ở miền Nam đến những ngày nắng nóng gay gắt tại các vùng phía Bắc nơi nhiệt độ có thể lên tới 50 độ C. Khoảng 87% toa xe chở hàng được sản xuất sau năm 2020 sử dụng các tấm thép tiêu chuẩn này, và số liệu ngành cho thấy phương pháp này giúp giảm khoảng 42% sự cố hỏng hóc do mỏi kim loại so với các phương pháp cũ không tuân thủ nghiêm ngặt các thông số kỹ thuật.
Tại sao độ bền chảy tối thiểu 350 MPa và độ dai va đập Charpy ở -20°C là bắt buộc đối với tấm thép carbon trong các ứng dụng đường sắt
Đối với các tấm thép cacbon kết cấu được sử dụng trong hệ thống đường sắt, không có chỗ cho sự thỏa hiệp khi nói đến độ bền chảy tối thiểu khoảng 350 MPa và độ dai va đập kiểu V-notch Charpy ở -20 độ C cần phải đạt ít nhất 27 joule. Các thông số kỹ thuật này rất quan trọng vì chúng ngăn cản việc thép bị biến dạng vĩnh viễn trong điều kiện chịu lực cực hạn, bao gồm cả tải trọng trục nặng lên tới 300 tấn mà chúng ta thường thấy trên đường ray hàng ngày. Và cũng đừng quên ảnh hưởng của thời tiết lạnh. Thép cần phải chịu được các cú sốc đột ngột mà không bị gãy vụn, đó chính là lý do tại sao yêu cầu về khả năng chống va đập ở nhiệt độ dưới 0 tồn tại. Vì sao? Bởi theo số liệu từ NTSB năm ngoái, các vết nứt giòn gây ra vấn đề trong khoảng 78 phần trăm các vụ tai nạn đường sắt xảy ra ở vùng khí hậu lạnh. Khi tàu kích hoạt phanh khẩn cấp, lực tác động tại các mối nối ray có thể tăng vọt lên gấp ba lần so với giá trị thiết kế. Những tấm thép không đáp ứng các tiêu chuẩn này sẽ bắt đầu xuất hiện các vết nứt nhỏ lan truyền cực nhanh, đôi khi đạt tốc độ gần 15 mét mỗi giây. Quá trình hàn cũng tiềm ẩn rủi ro vì xử lý nhiệt trong quá trình hàn có thể làm giảm độ dai của vật liệu gốc gần 30%. Điều này làm cho kết quả thử nghiệm Charpy ban đầu đạt mức cao trở nên cực kỳ quan trọng đối với các bộ phận mà sự cố có thể dẫn đến hậu quả nghiêm trọng, chẳng hạn như khung xe chuyển hướng (bogie) hay cơ chế nối ghép. Tất cả các đặc điểm kỹ thuật này phối hợp với nhau nhằm duy trì tỷ lệ giãn dài khi đứt trên 18% trong suốt nhiều năm chịu các chu kỳ ứng suất lặp lại, cho phép cơ sở hạ tầng đường sắt hoạt động ổn định trên bốn thập kỷ trước khi cần thay thế.
Yêu cầu Tuân thủ theo Các Tiêu chuẩn Đường sắt Chính
UIC 864-2 và AREMA Chương 30: Kiểm tra bằng sóng siêu âm, dung sai kích thước và yêu cầu hàn đối với tấm thép carbon
Các tấm thép cacbon kết cấu được sử dụng trong cơ sở hạ tầng đường sắt phải đáp ứng các tiêu chuẩn cụ thể ở các khu vực khác nhau. Tại châu Âu, yêu cầu phải tuân thủ UIC 864-2, trong khi các dự án ở Bắc Mỹ tuân theo hướng dẫn của AREMA Chương 30. Các quy định này đòi hỏi phải kiểm tra siêu âm kỹ lưỡng đối với các tấm có tiết diện dày. Quá trình kiểm tra UT đã chứng minh hiệu quả trong việc phát hiện gần như tất cả các sự cố bên dưới bề mặt, các nghiên cứu cho thấy nó phát hiện được khoảng 99,7% các vấn đề theo tiêu chuẩn ASTM E2375-2023. Độ phẳng cũng rất quan trọng. Tiêu chuẩn EN 10029:2021 đặt ra giới hạn nghiêm ngặt về mức độ sai lệch độ phẳng của các tấm, không quá 3 mm trên mỗi mét. Khi nói đến tính chất hàn, còn có một thông số kỹ thuật quan trọng khác. Giá trị tương đương cacbon không được vượt quá 0,45% để ngăn ngừa nứt nguội trong quá trình hàn. Điều này trở nên đặc biệt quan trọng tại các điểm chịu ứng suất trong toàn bộ hệ thống đường sắt, chẳng hạn như các mối nối ray nơi tàu thường xuyên đi qua hoặc các dầm cầu chịu tải trọng nặng.
BS EN 10025-2 so với DIN 17100: Các yêu cầu khác biệt về độ giãn dài khi kéo và tính chất theo chiều dày (Z) đối với tấm thép carbon dùng cho khung xe bogie và gầm xe
Các thông số kỹ thuật vật liệu có sự khác biệt đáng kể giữa các tiêu chuẩn châu Âu:
- BS EN 10025-2 cho phép độ giãn dài khi kéo tối thiểu 22% đối với S355JR, hỗ trợ sản xuất các cụm bogie hiệu quả về chi phí phù hợp với tiêu chuẩn hiệu suất UIC.
- DIN 17100 yêu cầu độ giãn dài tối thiểu 24% cộng Chứng nhận Z25—đảm bảo giảm 25% diện tích mặt cắt ngang trong thử nghiệm kéo theo chiều dày—đối với các bộ phận gầm xe.
Sự khác biệt cơ bản nằm ở việc mỗi khu vực coi yếu tố nào là quan trọng nhất cho an toàn. Người Đức thường tập trung vào khả năng chịu đựng của vật liệu trước các ứng suất lặp lại theo thời gian, điều này được thể hiện rõ trong nghiên cứu năm ngoái của DB AG về mỏi vật liệu. Ở phía bên kia Đại Tây Dương, tiêu chuẩn Anh chú trọng đảm bảo các thành phần khác nhau có thể hoạt động liền mạch với nhau trên các hệ thống. Khi thực sự quan trọng đối với các dự án hạ tầng then chốt, các nhà sản xuất hàng đầu chọn tiêu chuẩn DIN Z-property. Quyết định này là hợp lý vì các thử nghiệm của TÜV Rheinland cho thấy những tấm thép được chứng nhận này giảm nguy cơ tách lớp gần hai phần ba so với các loại thông thường không trải qua chứng nhận.
Đường sắt Ấn Độ—Các phê duyệt cụ thể và yêu cầu kỹ thuật
IRS: M-1985 (Rev. 2023) và chứng nhận Z35: Vì sao độ dẻo theo chiều dày là yếu tố bắt buộc đối với khung gầm bằng thép cacbon hàn
Đường sắt Ấn Độ đã áp dụng tiêu chuẩn IRS: M-1985 (phiên bản 2023) đối với tất cả các tấm thép cacbon kết cấu được sử dụng trong toa xe, yêu cầu phải có chứng nhận Z35. Về cơ bản, điều này có nghĩa là vật liệu phải thể hiện ít nhất 35% mức giảm diện tích khi được thử nghiệm độ bền kéo theo hướng bề dày. Tại sao điều này lại quan trọng? Loại độ dẻo dai này giúp ngăn ngừa hiện tượng nứt lớp xảy ra ở các mối hàn khung gầm. Những mối nối này chịu điều kiện làm việc khá khắc nghiệt, phải đối mặt với các lực va chạm từ 7 đến 10 G khi các đoàn tàu ghép nối hoặc di chuyển qua các đoạn đường ray không bằng phẳng. Khi vật liệu không đáp ứng các tiêu chuẩn này, những vết nứt nhỏ sẽ bắt đầu hình thành ngay tại các điểm hàn và có thể lan rộng nhanh chóng dưới tác động của ứng suất liên tục. Tiêu chuẩn Z35 đảm bảo rằng bất kỳ loại kim loại nào cũng sẽ uốn cong và biến dạng trước khi bị gãy hoàn toàn, tạo điều kiện cho các thanh tra viên phát hiện sự cố trong quá trình kiểm tra bảo trì định kỳ. Mỗi lô tấm thép cacbon quan trọng đều được kiểm tra bằng phương pháp siêu âm 100%, và bất kỳ sản phẩm nào không đạt yêu cầu sẽ bị loại bỏ trong các cuộc kiểm toán. Điều từng được xem là một chi tiết kỹ thuật bình thường nay đã trở thành trọng tâm trong các cuộc thảo luận về an toàn, ảnh hưởng đến mọi khía cạnh từ thiết kế, mua sắm đến kiểm soát chất lượng trên toàn bộ hệ thống.
Câu hỏi thường gặp
Các mác thép cacbon tấm chính được sử dụng trong xây dựng đường sắt là gì?
Các mác chính bao gồm ASTM A572 Grade 50, EN S355JR và IS 2062 E350, nổi bật với sự cân bằng giữa độ bền, độ linh hoạt và khả năng hàn.
Tại sao giới hạn chảy lại quan trọng đối với ứng dụng đường sắt?
Giới hạn chảy khoảng 350 MPa đảm bảo vật liệu chống lại biến dạng vĩnh viễn dưới tác động của lực cực lớn, điều này rất quan trọng đối với ray đường sắt và cơ sở hạ tầng chịu tải trọng nặng.
Độ dai va đập Charpy có ý nghĩa gì đối với ứng dụng ray?
Độ dai va đập Charpy ở -20°C phải đạt ít nhất 27 joule để đảm bảo thép chịu được các cú sốc mà không bị gãy, rất quan trọng nhằm ngăn ngừa tai nạn đường sắt ở những vùng khí hậu lạnh.
Thép tấm cacbon phải tuân thủ các tiêu chuẩn nào?
Các tiêu chuẩn như UIC 864-2 tại châu Âu và AREMA Chương 30 tại Bắc Mỹ yêu cầu kiểm tra siêu âm và đảm bảo các tấm thép đáp ứng dung sai kích thước cũng như các yêu cầu về khả năng hàn.